蘋果梨汁的常溫護色方法

李梁，賈福晨，高暢，聶成玲，王立正，薛蓓，劉振東*

1(西藏農牧學院食品科學學院，西藏 林芝，860000) 2(西藏特色生物資源開發利用平臺，西藏 林芝，860000)

蘋果梨汁的常溫護色方法

李梁1,2，賈福晨1，高暢1，聶成玲1，王立正1，薛蓓1,2，劉振東1,2*

1(西藏農牧學院食品科學學院，西藏 林芝，860000) 2(西藏特色生物資源開發利用平臺，西藏 林芝，860000)

為抑制蘋果梨汁褐變，在果實榨汁前，以護色劑對蘋果梨汁抑制褐變率和色差值的影響為指標，在5組單因素試驗的基礎上，通過5因素2水平正交試驗，運用正交試驗的極差分析，確定了檸檬酸、Na2SO3、L-半胱氨酸3種對褐變抑制率及色差值影響較大的護色劑，之后通過軟件進行試驗設計及響應面法分析。試驗結果表明，最佳的蘋果梨汁護色劑配方為：檸檬酸添加量為0.67 g/100 mL，Na2SO3添加量為0.01 g/100 mL，L-半胱氨酸添加量為0.01 g/100 mL，在此配方條件下預測蘋果梨汁褐變抑制率為58.1%，色差值為25.8 NBS。實際值為蘋果梨汁平均褐變抑制率58.6%、平均色差值25.3 NBS，預測值與試驗值吻合程度分別為99.14%和98.06%。

蘋果梨汁；抑制褐變率；色差值；護色劑

蘋果梨，中國獨有水果，又稱“中華丑梨”，屬秋子梨系統[1]，目前廣泛種植于我國北方，適宜陰冷濕潤氣候，耐高寒[2]。蘋果梨可食率高，營養成分豐富，含有多種氨基酸、維生素、黃酮類等人體必需營養成分[3-5]。當前，西藏產蘋果梨屬自然生長，未經人工干預，致使蘋果梨果型、品相差，無法出售而腐爛，造成大量蘋果梨浪費。將蘋果梨經加工制成果汁后，不僅可以解決西藏蘋果梨資源浪費的局面，還可以提高蘋果梨產品附加值，對推廣蘋果梨資源開發，產業升級提供幫助。蘋果梨在榨汁過程中，因酶促或非酶褐變而引起的蘋果梨汁褐變現象[6-9]，會導致產品品質下降，影響產品的后續加工。本研究即在蘋果梨榨汁前，將果肉進行護色處理[10]，后經榨汁、酶解、過濾等步驟，通過分光光度計及色差計，測量褐變度及色差值。試驗以褐變抑制率及色差值為指標，選用不同濃度的NaCl、檸檬酸、VC、Na2SO3、L-半胱氨酸，分析確定不同單一護色劑的最佳濃度，通過5因素2水平正交試驗確定單一護色劑對蘋果梨汁褐變抑制率及色差值影響的主次順序，最后通過響應面法確定最佳蘋果梨汁護色劑配方。

1 材料與方法

1.1材料與試劑

蘋果梨(成熟度一致)，西藏農牧學院果園；NaCl、檸檬酸、VC、Na2SO3、L-半胱氨酸(分析純)，廣州化學試劑廠。

1.2儀器與設備

DV214型分析天平，奧豪斯儀器(上海)有限公司；HR1871型榨汁機，飛利浦(中國)投資有限公司；SHZ-D(III)型循環水真空泵，湖南力辰儀器科技有限公司；WK2102T型電磁爐，美的集團有限公司；UV-2102PC型紫外-可見分光光度計，尤尼柯(上海)儀器有限公司。

1.3實驗方法

1.3.1 樣品的制備

采摘成熟度一致、無機械傷、無腐爛果的新鮮蘋果梨，去皮、核切分后，置于常溫的護色劑溶液中浸泡20 s，取出后經控水、榨汁、澄清、過濾后，測定色差及褐變指數，并計算褐變抑制率。

1.3.2 單因素試驗

按表1配方進行單因素試驗，考察各因素對蘋果梨汁褐變效果的影響，篩選適合蘋果梨汁的護色劑，并確定其濃度。

表1 單因素護色試驗

1.3.3 正交試驗

以不同濃度單一護色劑對蘋果梨汁的褐變抑制率及色差值為指標，運用L8(27)正交表進行5因素2水平正交試驗，通過正交試驗助手對試驗結果極差進行分析，分析判斷不同單一護色劑對蘋果梨汁的褐變抑制率及色差值影響的強弱關系。試驗因素水平見表2所示。

表2 正交試驗因素與水平表

注：()內1、2為編碼值。

1.3.4 響應面試驗

在正交試驗基礎上，通過極差分析，確定出對蘋果梨汁褐變抑制效果較好的3種單一護色劑：檸檬酸、Na2SO3、L-半胱氨酸。由此設計3因素3水平的中心組合試驗設計(BBD)，因素水平表見表3所示，以復合護色劑對蘋果梨汁褐變抑制率及色差值為指標，利用Design Expert試驗設計軟件進行數據分析，確定蘋果梨汁的最佳護色劑配方。

表3 響應面試驗因素水平表

1.3.5 指標測定方法

1.3.5.1 蘋果梨汁色澤的測定及色差的計算方法

通過使用色差儀對蘋果梨汁待測樣進行測定，記錄L*、a*、b*值。色差值ΔE即由L*、a*、b*值通過公式計算得到

(1)

ΔE單位為NBS。其中，ΔE越小表明色澤越接近，反之為相差越大；L*表示樣品色澤的明亮程度，L*值越大表示亮度越大，反之值越小，表示亮度越小。試驗樣品色差測定重復5次[11]。

1.3.5.2 蘋果梨汁褐變度的測定及褐變抑制率的計算方法

采摘成熟度一致、無機械傷、無腐爛果的新鮮蘋果梨，去皮、核切分后，置于常溫的護色劑溶液中浸泡20 s，取出后經控水、榨汁、澄清、過濾后，用分光光度計于420 nm處測定蘋果梨汁的吸光度A，即為褐變度[11]。

(2)

式中：R，褐變抑制率；A0，空白試驗蘋果梨汁褐變度；Am，經護色劑處理的蘋果梨汁褐變度。

1.3.6 數據處理

單因素試驗結果采用Origin 9.0軟件繪制單因素分析圖；5因素2水平正交試驗結果及極差通過正交實驗助手進行分析；響應面試驗通過Design Expert 8.0軟件分析。每個試驗重復3次，試驗樣品吸光度及色差測定重復5次。

2 結果與分析

2.1單因素試驗結果與分析

2.1.1 NaCl濃度對蘋果梨汁護色效果的影響

如圖1所示，隨著護色劑中NaCl濃度的升高其褐變抑制率逐漸提高；色差值ΔE與L*不斷下降。當NaCl濃度達到0.06 g/100 mL時，隨著NaCl濃度的升高，褐變抑制率、色差值ΔE變化趨緩，L*出現明顯下降。說明NaCl濃度的提高對蘋果梨汁的護色效果是顯著的，可能是因為NaCl離子通過影響蘋果梨汁中蛋白質的分解與結合，抑制蘋果梨汁中多酚氧化酶以及過氧化氫酶活性，控制蘋果梨汁酶促褐變；隨著NaCl溶液濃度的提高，可以降低溶液中氧溶解量，避免蘋果梨汁與氧的過多接觸，進而抑制果汁發生非酶褐變[12-15]。綜合褐變抑制率、色差值ΔE與L*考慮，濃度為0.06 g/100 mL的NaCl溶液護色效果最好。

2.1.2 檸檬酸濃度對蘋果梨汁護色效果的影響

如圖2所示，隨著護色劑中檸檬酸濃度的升高其褐變抑制率逐漸提高；色差值ΔE與L*不斷下降。當檸檬酸濃度達到0.6 g/100 mL時，隨著檸檬酸濃度的升高，褐變抑制率、色差值ΔE變化趨緩，L*略有上升，說明檸檬酸濃度的提高對蘋果梨汁的護色效果是顯著的，可能是因為，在一定酸度條件下，羰氨反應中的縮合物易于水解；且在羰氨反應過程中，反應體系游離的氨基酸被結合后，體系pH值會不斷下降，說明堿性條件對羰氨反應的發生有一定促進作用[16-18]。故，適當檸檬酸濃度的護色劑對抑制蘋果梨汁發生美拉德褐變有一定作用。綜合褐變抑制率、色差值ΔE與L*考慮，濃度為0.6 g/100 mL的檸檬酸溶液護色效果最好。

圖2 檸檬酸濃度對蘋果梨汁護色效果的影響Fig.2 The effect of citric acid oncolour of the Pingguoli pear juice

2.1.3 VC濃度對蘋果梨汁護色效果的影響

如圖3所示，隨著護色劑中VC濃度的升高其褐變抑制率逐漸提高；色差值ΔE與L*不斷下降。當檸檬酸濃度達到0.7g/100mL時，隨著VC濃度的升高，褐變抑制率、色差值ΔE變化趨緩，L*略有下降，說明VC濃度的提高對蘋果梨汁的護色效果是顯著的，可能是因為，VC不僅可以降低蘋果梨汁體系的pH值，還因其作為抗氧化劑，有一定還原能力，可以將蘋果梨汁體系中的醌類及其衍生物類物質還原成酚類物質。但是，當VC含量偏少或蘋果梨汁體系中氧含量偏高時，VC被全部氧化進而會與氨基酸結合促進非酶褐變，這可能是VC濃度偏低時，護色效果不明顯的主要原因之一[19-21]。綜合褐變抑制率、色差值ΔE與L*考慮，濃度為0.7 g/100 mL的Vc溶液護色效果最好。

圖3 VC濃度對蘋果梨汁護色效果的影響Fig.3 The effect of VC on colour of the Pingguoli pear juice

2.1.4 Na2SO3濃度對蘋果梨汁護色效果的影響

如圖4所示，隨著護色劑中Na2SO3濃度的升高其褐變抑制率逐漸提高；色差值ΔE與L*不斷下降。當Na2SO3濃度達到0.009 g/100 mL時，隨著Na2SO3濃度的升高，褐變抑制率、色差值ΔE變化趨緩，L*略有上升降，說明Na2SO3濃度的提高對蘋果梨汁的護色效果是顯著的，因Na2SO3控制褐變機制尚不明確，可能由于Na2SO3可以抑制多酚氧化酶活性或其可以與醌類化合物通過加成反應進而防止醌類的聚合，從而抑制蘋果梨汁褐變[22-25]。綜合褐變抑制率、色差值ΔE與L*考慮，濃度為0.009 g/100 mL的Na2SO3溶液護色效果最好。

圖4 Na2SO3濃度對蘋果梨汁護色效果的影響Fig.4 The effect of Na2SO3 on colour of the Pingguoli pear juice

2.1.5L-半胱氨酸濃度對蘋果梨汁護色效果的影響

如圖5所示，隨著護色劑中L-半胱氨酸濃度的升高其褐變抑制率逐漸提高；色差值ΔE與L*不斷下降。當L-半胱氨酸濃度達到0.008 g/100 mL時，隨著L-半胱氨酸濃度的升高，褐變抑制率、色差值ΔE變化趨緩，L*略有下降，說明L-半胱氨酸濃度的提高對蘋果梨汁的護色效果是顯著的，可能是由于L-半胱氨酸中含有一定數量的還原性基團，其不僅可以與酚酶中的銅離子結合，還可以與酶促反應產物結合生產無色物質，進而控制蘋果梨汁的褐變程度[12, 14, 26-28]。綜合褐變抑制率、色差值ΔE與L*考慮，濃度為0.008 g/100 mL的L-半胱氨酸溶液護色效果最好。

圖5 L-半胱氨酸濃度對蘋果梨汁護色效果的影響Fig.5 The effect of L-gystein on colour of the Pingguoli pear juice

2.2正交試驗結果與分析

為確定5種護色劑對蘋果梨汁褐變抑制率及色差的影響，在單一護色劑對蘋果梨汁護色效果影響單因素試驗基礎上，分別選擇5種護色劑中的3個較優水平，利用L8(27)正交表進行正交試驗，并分析試驗結果，見表4。通過極差分析結果，得到5種單一護色劑對褐變抑制率及色差影響的主次關系。由極差分析可知，影響蘋果梨汁褐變抑制率的主次順序為：D>E>B>A>C，即Na2SO3>L-半胱氨酸>檸檬酸>NaCl>VC；影響蘋果梨汁色差的主次順序為：D>B>E>A>C，即Na2SO3>檸檬酸>L-半胱氨酸>NaCl>VC。綜合考慮，確定影響蘋果梨汁褐變的3個單一護色劑為：檸檬酸、Na2SO3、L-半胱氨酸。

表4 正交試驗結果

2.3響應面優化試驗

2.3.1 響應面試驗設計及結果

表5為Design Expert 8.0軟件根據Box-Behnken試驗設計的蘋果梨汁護色條件的試驗設計及結果。

表5 響應面試驗設計及結果

2.3.2 模型的建立及分析

利用Design Expert 8.0軟件對表5試驗進行多元回歸擬合分析，得到不同蘋果梨汁護色劑與褐變抑制率及色差值直接的回歸模型：

褐變抑制率/%=56.63+0.21A+0.98B+1.01C+0.21AB+0.012AC-0.47BC-0.66A2+0.013B2-0.089C2

(3)

色差值/NBS=26.57-0.096A-0.47B-0.48C-0.10AB+0.23BC+0.27A2-0.041B2+6.5×10-3C2

(4)

由表6、表7可知，抑制褐變率模型的p< 0.000 1，色差值模型p=0.000 9，均表明回歸模型是極顯著；抑制褐變率失擬項p=0.146 1，色差值失擬項p=0.641 4，均為不顯著；制褐變率決定系數R2=0.949 9，色差值決定系數R2=0.950 3，說明2種指標的護色模型擬合度良好，試驗誤差小，可以用來分析和預測蘋果梨汁的護色工藝。

2.3.3 蘋果梨汁護色工藝響應面分析及優化

從圖5兩幅圖可以看出，等高線均為橢圓形，說明檸檬酸與Na2SO3兩種護色劑的交互作用是顯著的，Na2SO3的曲面相對于檸檬酸的曲面明顯較陡，且等高線沿Na2SO3軸較檸檬酸軸更密集，說明Na2SO3對蘋果梨汁褐變抑制率及色差值的影響較檸檬酸大。

圖5 檸檬酸與Na2SO3的交互作用對褐變抑制率及色差值的影響Fig.5 Effect of citric acid and Na2SO3 on the brownig inhibiton rate and ΔE

從圖6兩幅圖可以看出，等高線均為橢圓形，說明檸檬酸與L-半胱氨酸2種護色劑的交互作用是顯著的。L-半胱氨酸的曲面相對于檸檬酸的曲面明顯較陡，且等高線沿L-半胱氨酸軸較檸檬酸軸更密集，說明L-半胱氨酸對蘋果梨汁褐變抑制率及色差值的影響較檸檬酸大。

圖6 檸檬酸與L-半胱氨酸的交互作用對褐變抑制率及色差值的影響Fig.6 Effect of citric acid and L-gystein on the brownig inhibiton rate and ΔE

從圖7兩幅圖可以看出，等高線均為橢圓形，說明Na2SO3與L-半胱氨酸2種護色劑的交互作用是顯著的，從Na2SO3與L-半胱氨酸交互作用對褐變抑制率的影響圖中發現兩者曲面完全程度基本一致，但從Na2SO3與L-半胱氨酸交互作用對色差值的影響圖中可以略微發現，Na2SO3的曲面相對于L-半胱氨酸的曲面更較陡，說明Na2SO3對蘋果梨汁褐變抑制率及色差值的影響較L-半胱氨酸大。

圖7 Na2SO3與L-半胱氨酸的交互作用對褐變抑制率及色差值的影響Fig.7 Effect of Na2SO3 and L-gystein on the brownig inhibiton rate and ΔE

2.3.4 蘋果梨汁最佳護色工藝的確定及驗證試驗

根據響應面試驗所得結果，利用軟件分析后，確定最佳的蘋果梨汁護色劑配方為：檸檬酸添加量為0.67 g/100 mL，Na2SO3添加量為0.01 g/100 mL，L-半胱氨酸添加量為0.01 g/100 mL，在此配方條件下預測蘋果梨汁褐變抑制率為58.1%，色差值為25.8 NBS。為驗證試驗模型可行性，按照上述試驗條件進行驗證試驗，3次平行試驗發現，蘋果梨汁平均褐變抑制率為58.6%、平均色差值為25.3 NBS，預測值與試驗值吻合程度分別為99.14%和98.06%，說明響應面法預測吻合度較高，可以準確預測褐變抑制率及色差值。

3 結論

通過單因素試驗對不同濃度單一護色劑對蘋果梨汁護色效果的研究，確定5種單一護色劑的較優護色濃度，然后通過5因素2水平正交試驗及極差分析，確定不同單一護色劑對蘋果梨汁褐變抑制率及色差值影響的主次關系分別為：Na2SO3>L-半胱氨酸>檸檬酸>NaCl>VC，Na2SO3>檸檬酸>L-半胱氨酸>NaCl>VC，經綜合考慮，確定主要影響蘋果梨汁褐變的3個單一護色劑為：檸檬酸、Na2SO3和L-半胱氨酸。之后，在上述試驗基礎上，采用響應面法對蘋果梨汁護色劑配方建立回歸模型，確定最佳護色劑配方為：檸檬酸添加量為0.67 g/100 mL，Na2SO3添加量為0.01 g/100 mL，L-半胱氨酸添加量為0.01 g/100 mL，在此配方條件下預測蘋果梨汁褐變抑制率為58.1%，色差值為25.8 NBS。3次平行試驗發現，蘋果梨汁平均褐變抑制率為58.6%、平均色差值為25.3 NBS，預測值與試驗值吻合程度分別為99.14%和98.06%，說明響應面法預測吻合度較高，可以準確預測褐變抑制率及色差值，即所得護色劑配方是科學合理的。

[1] 楊金燕.蘋果梨的特征特性及豐產栽培技術[J].種子世界, 2015(7):51-53.

[2] 牛歆雨, 白瑪曲卓, 張良英, 等.常溫貯藏下蘋果梨品質的變化[J].甘肅農業科技, 2012(10):24-26.

[3] 麻劍南.蘋果梨果皮和藍盆花的化學成分及生物活性研究[D].呼和浩特: 內蒙古大學, 2015:13-14.

[4] CHEN S, LI Y, BI Y, et al.Solvent effects on the ultrastructure and chemical composition of cuticular wax and its potential bioactive role against alternaria alternata in Pingguoli Pear[J].Journal of Integrative Agriculture, 2014,13(5):1 137-1 145.

[5] YIN Y, BI Y, CHEN S, et al.Chemical composition and antifungal activity of cuticular wax isolated from Asian pear fruit (cv.Pingguoli)[J].Scientia Horticulturae, 2011,129(4):577-582.

[6] 程建軍, 王震新, 于靜海, 等.蘋果梨和鴨梨酶促褐變機理的研究[J].食品科學, 2000,21(2):71-74.

[7] SONG Y, YAO Y, ZHAI H, et al.Polyphenolic compound and the degree of browning in processing apple varieties[J].Agricultural Sciences in China, 2007,6(5):607-612.

[8] VAIKOUSI H, KOUTSOUMANIS K, BILIADERIS C G.Kinetic modelling of non-enzymatic browning of apple juice concentrates differing in water activity under isothermal and dynamic heating conditions[J].Food Chemistry, 2008,107(2):785-796.

[9] ZHU D, JI B, EUM H L, et al.Evaluation of the non-enzymatic browning in thermally processed apple juice by front-face fluorescence spectroscopy[J].Food Chemistry, 2009,113(1):272-279.

[10] 張亞偉.不同品種梨汁酶促褐變因素及其控制技術[D].泰安：山東農業大學, 2011:11-12.

[11] 劉俊圍, 王維民, 諶素華, 等.速凍香蕉護色劑的研究[J].食品與發酵工業, 2015，41(2):129-134.

[12] 覃慧, 楊志偉.不同護色劑對油梨果肉護色效果研究[J].食品科技, 2015(12):300-305.

[13] 蘇宇杰, 汪家琦, 周頔, 等.一種新型懷山藥飲料的護色工藝[J].食品與發酵工業, 2012，38(7):206-211.

[14] YUAN Y, SHU C, ZHOU B, et al.Impact of selected additives on acrylamide formation in asparagine/sugar Maillard model systems[J].Food Research International, 2011,44(1):449-455.

[15] TAJCHAKAVIT S, BOYE J I, BéLANGER D, et al.Kinetics of haze formation and factors influencing the development of haze in clarified apple juice[J].Food Research International, 2001,34(5):431-440.

[16] 徐春明, 李婷, 王英英, 等.均勻設計法優化鮮切山藥的護色工藝[J].食品科學技術學報, 2015,33(1):55-58.

[17] 金定樑.檸檬酸亞錫二鈉對果蔬及其制品護色的研究[D].無錫：江南大學, 2009:12-13.

[18] QUEIROZ C, DA SILVA A J R, LOPES M L M, et al.Polyphenol oxidase activity, phenolic acid composition and browning in cashew apple (Anacardiumoccidentale, L.) after processing[J].Food Chemistry, 2011,125(1):128-132.

[19] 劉金豹, 翟衡, 張靜.果汁褐變及其影響因素研究進展[J].飲料工業, 2004(3):1-5.

[20] 劉蘇蘇.南果梨果汁飲料工藝技術及其穩定性研究[D].錦州：渤海大學, 2016:14-15.

[22] 魏送送.混濁梨汁酶促褐變機理及控制技術研究[D].西安：陜西科技大學, 2014:18-19.

[23] 劉功德, 蘇艷蘭, 韋茂新, 等.菠蘿果粒加工工藝的研制[J].食品科技, 2012(1):65-68.

[24] 謝國芳, 周俊良, 許倩, 等.火龍果果汁飲料護色工藝[J].食品與發酵工業, 2012，38(12):111-114.

[25] 解利利.藍莓濁汁飲料加工技術的研究[D].無錫：江南大學, 2011: 34-35.

[26] 鄧瑞君, 徐榮雄.抗褐變劑對楊桃汁飲料品質的影響[J].食品科技, 2013(10):260-263.

[27] 黃文書, 曹虹.庫爾勒香梨汁護色與澄清技術的研究[J].保鮮與加工, 2015(1):45-48.

[28] 鉏曉艷, 李新, 耿勝榮, 等.紅提澄清汁酶解及護色工藝[J].湖北農業科學, 2014(16):3 877-3 881.

Colorprotectionofapple-pearjuiceatambienttemperature

LI Liang1,2, JIA Fu-chen1, GAO Chang1, NIE Cheng-ling1, WANG Li-zheng1, XUE Bei1,2, LIU Zhen-dong1,2*

1( Xizang Agricultural and Animal Husbandry College, Department of Food Science, Nyingchi 860000, China) 2(Xizang Agricultural and Animal Husbandry College Development Platform of Wild Characteiestic Biological Resources, Nyingchi 860000, China)

To inhibit browning of pingguoli pear juice, before squeezed the fruits, chosen browning inhibition rate and color fixative(ΔE) as the indexes and based on the single factor experiment results, five factor- two level orthogonal experiment was performed. Three single color fixatives which highly impacted on the browning were: Citric acid, Na2SO3andL-gystein. Then the optimization was and analyze of selecting fixative was studied by response surface regression. The best compound inhibitors and ΔEwere as follows: Citric acid dosage 0.67g/100mL, NaSO3dosage 0.01g/100mL andL-gystein dosage 0.01g/100mL. Under the above conditions, the rate of predicted browning inhibition and ΔEwere 58.1% and 25.8 NBS; the actual value were 58.6% and 25.3 NBS, the accuracy between actual value and predicted value was reached to 99.14% and 98.06%.

Pingguoli pear juice; browning inhibition rate; color difference; color fixative

碩士，講師(劉振東為通訊作者，E-mail：liu304418091@126.com)。

西藏農牧學院高層次人才科研啟動費項目(RC201505)；西藏自治區級大學生創新性實驗計劃；西藏特色生物資源開發利用平臺項目

2016-12-25，改回日期：2017-03-10

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.013667